本实用新型专利技术是一种基于光纤光栅的滑坡内管道应力监测预警装置。涉及测量
应力及管道系统技术领域。其特征是由管道应变监测装置、现场监测站、办公室
的接收终端组成；以一定结构形式安装在滑坡内管道上的现场滑坡内管道应力监
测装置的管体光纤光栅传感器(3)输出接现场监测站的自动光转换开关(6)，自
动光转换开关(6)输出接光纤光栅解调仪(7)的输入，光纤光栅解调仪(7)的
输出也接上位计算机(8)的输入；上位计算机(8)的输出接GPRS传输模块(9)，
由办公室的接收终端GPRS接收模块(10)接下位计算机(11)的输入，下位计算
机(11)的输出接报警器(12)和显示器。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术是一种基于光纤光栅的滑坡内管道应力监测装置。涉及测量应力 及管道系统
技术介绍
滑坡是指构成斜坡的岩土体在重力作用下伴随其下部软弱面上的剪切作用过 程而产生整体运动现象。滑坡灾害是造成人类生命财产损失的地质灾害的主要形 式之一。长距离输油或输气管道输送距离可达数千公里，穿越众多地质地貌单元， 常不可避免地要穿过地质条件复杂的地区，如山区、冻土区等。因为选线的不充 分或管道建设诱发滑坡或地震诱发滑坡等原因，在山区敷设的管道有可能在活动 滑坡体内通过，管道的安全运营遭受这些活动滑坡的严重威胁。这些有可能要威 胁管道安全的滑坡称之为管道滑坡。,在过去四十年的管道运输历史中，以滑坡为主的地质灾害曾多次造成管道事故。欧洲天然气管道事故数据小组(EGIG)调查的1970年到2001年的西欧管道 事故中，7%是由地质灾害导致的；美国交通部统计的1984年到2001天然气输送 数据表明，8.5%的事故是由地质灾害引起的；加拿大国家能源委员会调查显示影 响加拿大运营的管道事故的12%是地质灾害导致的。1987年3月由地震导致的巨 型滑坡使横贯厄瓜多尔管道发生40km长的断裂，停输两个星期，经济损失达7 亿美元。1995年及1996年冬天，由于华盛顿西部的特强降雨诱发滑坡，导致美 国西北输气管线三处管道发生断裂。我国的管道工业正处在蓬勃发展之中，这些管道大多将我国西部丰富的石油 天然气输送到我国的东部，而我国的西部、西南部集中了我国大多数山地，管道 就不可避免地要穿越地质灾害严重地区。忠武输气管道忠县-宜昌409公里段处于 渝东鄂西山区，山峰层峦叠嶂、高差显著，地形、地质条件复杂，发育有多组地 质灾害易发岩层，是滑坡、危岩崩塌的频发地段。2003年建成投产的兰成渝成品 油管道兰州至广元段，构造活跃，岩性破碎，地形切割发育，投产后投入巨资用 于地质灾害防治，但2007年的调查显示威胁管道安全的地质灾害仍有530处之多。 西气东输工程干线总长约4000公里，遭受各种地质灾害严重威胁，其中査明的滑 坡灾害达39处之多。面对众多的管道滑坡灾害，我国的管道运营公司经常釆取积极的工程治理措 施，但这些措施也存在一些的弊端，首先是成本高，其次是防治工程也并非"一 劳永逸"，设计施工的不确定因素较多，再者治理的周期长。而监测则是一种高效、 低成本的防治措施。意大利SNAM公司将监测管道作为防治滑坡灾害的主要方式， 他们对管道进行了长达三十年的监测，成功避免了大量的管道事故。我国的西气 东输、忠武线等管道投产后对滑坡也进行有效的监测。传统的管道应变监测以电阻式应变计、振弦式应变计为主，在耐腐蚀、抗干扰方面较差，稳定性也难以满足要求。近年兴起的分布式光纤传感技术(以BOTDR 为代表)在滑坡或管道监测上已有一定的应用，但分布式光纤传感技术因为其空 间分辨率低、解调成本高等缺点限制了其在管道应变监测方面的应用。
技术实现思路
本技术的目的是设计一种空间分辨率高、成本低的一种基于光纤光栅的 滑坡内管道应力监测装置。本技术提出了一种基于光纤光栅传感技术的滑坡内管道应力监测装置。 这种装置采用光纤光栅传感技术，对滑坡影响下的管道进行管道应变监测，实现 了数据的实时自动釆集、远程传输和自动分析。光纤布喇格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG,简称光纤光栅)是近20年来迅速发展起来的微光学元件，是利用光纤中的光敏性制成的。所谓光纤中的光敏性是指激光通过掺杂光纤时，光纤的折射率将随光强的空间分布发生相应变化的特性。而在纤芯内形成的空间相位光栅，其作用的实质就是在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射镜。光纤光栅传感是一种在由光纤刻制而成的波长选择反射器，其背向反射光中心波长、与光栅周期A和纤芯折射率 有关，即々= 八FBG光纤光栅传感的基本原理是，当光栅周围的温度、应变、应力或其它待 测物理量发生变化时，将导致光栅周期或纤芯折射率的变化，从而使光纤光栅的 中心波长产生位移A、，通过检测光栅波长的位移情况，即可获得待测物理量的 变化情况。即=,. Ar式中&为应变传感灵敏度系数，^为光纤光栅温度传感灵敏度系数。对于FBG纤芯为纯石英的情况，^为lpm/ue, ^为10pm/。C。光纤材质、写入工艺和封装材料都会影响FBG的应变和温度传感灵敏度系数，应用前必须对 以上参数进行标定。光纤光栅可制成各种传感器件，在传感领域得到广泛应用。与传统的电传感 器相比，光纤光栅传感器具有自己独特的优点l.传感头结构简单、体积小、重 量轻、外形可变，适合埋入各种大型结构中，可测量结构内部的应力、应变及结 构损伤等，稳定性、重复性好；2.与光纤之间存在天然的兼容性，易与光纤连接、光损耗低、光谱特性好、可靠性高；3.具有非传导性，对被测介质影响小，又具 有抗腐蚀、抗电磁干扰的特点，适合在恶劣环境中工作；4.轻巧柔软，可以在一 根光纤中写入多个光栅，构成传感阵列，与波分复用和时分复用系统相结合，实 现分布式传感；5.测量信息以波长编码，因而光纤光栅传感器不受光源的光强波 动、光纤连接与耦合损耗、光波偏振态变化等因素的影响，具较强的抗干扰能力； 6.高灵敏度、高分辩力。与广泛使用的布里渊光时域反射计BOTDR相比，光纤光栅传感器的优点有 l.对测量点能精确定位，分辨率高；2.成本低；3.能对传感部分进行加工、封装， 使其更适合现场的恶幾环境。.由于这些优点，在岩土工程领域中，光纤光栅传感器很容易埋入岩土体中对 其内部的应变和温度进行高分辨率和大范围测量，技术优势非常明显，尤其体现 在能获得长期、可靠的管道应变数据。本管体应力的监测装置如图l和图2所示，是由管体应力监测装置、现场监 测站、办公室的接收终端组成。以一定结构形式安装在滑坡内管道上的现场管体 光纤光栅传感器3输出接现场监测站的自动光转换开关6,自动光转换开关6输 出接光纤光栅解调仪7的输入，另外上位计算机8的一端输出接自动光转换开关 6的一端输入；光纤光栅解调仪7的输出也接上位计算机8的输入；上位计算机8 的输出接GPRS传输模块9，由办公室的接收终端GPRS接收模块10接下位计算机 ll的输入，下位计算机ll的输出接报警器12和显示器。该装置的电原理如图3所示，管体光纤光栅传感器3的PC接头用光纤与光转 换开关6的PC接头连接，光转换开关6的R232直接接上位计算机8的R232,光 转换幵关6的PC接头连接光纤光栅解调仪7 SM125的CHI端，光纤光栅解调仪7 SM125的LAN端口接上位计算机8的LAN端口 ，上位计算机8的R232端口接GPRS 传输模块9西门子MC35i的R232端口， GPRS传输模块9经天线GSM、 GPRS网络， 被GPRS接收模块10天线GSM接收后由R232接到下位计算机11的R232，下位计算机11的输出由R232接报警器12 DS-7400的R232，下位计算机11的输出由VGA 端接显示器的VGA端。管体光纤光栅传感器3在管到上的安装结构是在滑坡的两侧边缘及滑坡的中 心位置各布置一管道监测截面，且监测截面的间距不宜超过60m。在管道14的每 个监测截面的外周均匀布置3个管体光纤光栅传感器3 (见图4和图本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于光纤光栅的滑坡内管道应力监测装置，其特征是由管道应变监测装置、现场监测站、办公室的接收终端组成；以一定结构形式安装在滑坡内管道上的现场滑坡内管道应变监测装置的管体光纤光栅传感器（３）输出接现场监测站的自动光转换开关（６），自动光转换开关（６）输出接光纤光栅解调仪（７）的输入，光纤光栅解调仪（７）的输出也接上位计算机（８）的输入；上位计算机（８）的输出接ＧＰＲＳ传输模块（９），由办公室的接收终端ＧＰＲＳ接收模块（１０）接下位计算机（１１）的输入，下位计算机（１１）的输出接报警器（１２）和显示器。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈朋超，郝建斌，刘建平，胡志新，马云宾，蔡永军，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11
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